Uma espécie de aranha vive toda a sua vida debaixo d’água, apesar de ter pulmões que só conseguem respirar o oxigênio atmosférico. Como isso acontece? Esta aranha, conhecida como Argyroneta Aquatica, possui milhões de pelos ásperos e repelentes à água que prendem o ar ao redor de seu corpo, criando um reservatório de oxigênio e agindo como uma barreira entre os pulmões da aranha e a água.

Esta fina camada de ar é chamada de plastrão e, durante décadas, os cientistas de materiais têm tentado aproveitar os seus efeitos protetores. Fazer isso poderia levar a superfícies superhidrofóbicas subaquáticas capazes de prevenir a corrosão, o crescimento bacteriano , a adesão de organismos marinhos, incrustações químicas e outros efeitos deletérios dos líquidos nas superfícies. Mas os plastrões revelaram-se altamente instáveis debaixo de água, mantendo as superfícies secas apenas durante algumas horas no laboratório.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pela Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS), pelo Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada em Harvard, pela Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg na Alemanha e pela Universidade Aalto em A Finlândia desenvolveu uma superfície superhidrofóbica com um plastrão estável que pode durar meses debaixo d’água.

A estratégia geral da equipe para criar superfícies superhidrofóbicas subaquáticas duradouras, que repelem o sangue e reduzam ou previnam drasticamente a adesão de organismos bacterianos e marinhos, como cracas e mexilhões, abre uma gama de aplicações na biomedicina e na indústria.

A pesquisa foi publicada na Nature Materials .

“A pesquisa em materiais bioinspirados é uma área extremamente interessante que continua a trazer para o reino dos materiais feitos pelo homem soluções elegantes evoluídas na natureza, que nos permitem introduzir novos materiais com propriedades nunca antes vistas”, disse Joanna Aizenberg, Amy Smith Berylson Professora. de Ciência de Materiais e Professor de Química e Biologia Química na SEAS e coautor do artigo. "Esta pesquisa exemplifica como a descoberta desses princípios pode levar ao desenvolvimento de superfícies que mantêm a superhidrofobicidade debaixo d'água."

Aizenberg também é membro associado do corpo docente do Wyss Institute.

Os pesquisadores sabem há 20 anos que um plastrão subaquático estável era teoricamente possível, mas até agora não foram capazes de demonstrá-lo experimentalmente.

Um dos maiores problemas com os plastrões é que eles precisam de superfícies ásperas para se formar, como o cabelo da Argyroneta Aquatica. Mas esta rugosidade torna a superfície mecanicamente instável e suscetível a qualquer pequena perturbação de temperatura, pressão ou pequeno defeito.

As técnicas atuais para avaliar superfícies superhidrofóbicas feitas artificialmente levam em consideração apenas dois parâmetros, que não fornecem informações suficientes sobre a estabilidade do plastrão de ar debaixo d'água. Aizenberg, Jaakko VI Timonen e Robin HA Ras da Universidade de Aalto, e Alexander B. Tesler e Wolfgang H. Goldmann da FAU e suas equipes identificaram um grupo maior de parâmetros, incluindo informações sobre rugosidade da superfície, hidrofobicidade das moléculas da superfície, cobertura de plastrões , ângulos de contato e muito mais, que, quando combinados com a teoria termodinâmica, permitiram descobrir se o plastrão de ar seria estável.

Com este novo método e uma técnica de fabricação simples, a equipe projetou uma superfície chamada aerofílica a partir de uma liga de titânio comumente usada e barata, com um plastrão de longa duração que manteve a superfície seca por milhares de horas a mais do que experimentos anteriores e ainda mais do que o plastrões de espécies vivas.

"Utilizámos um método de caracterização sugerido por teóricos há 20 anos para provar que a nossa superfície é estável, o que significa que não só criámos um novo tipo de superfície superhidrofóbica extremamente repelente e extremamente durável, mas também podemos ter um caminho de fazer isso novamente com um material diferente", disse Tesler, ex-bolsista de pós-doutorado no SEAS e no Wyss Institute, e principal autor do artigo.

Para provar a estabilidade do plastrão, os pesquisadores passaram a superfície pelo anel - dobrando-a, torcendo-a, soprando-a com água quente e fria e lixando-a com areia e aço para bloquear a superfície que permanece aerofílica. Ele sobreviveu 208 dias submerso em água e centenas de mergulhos em uma placa de Petri com sangue. Reduziu severamente o crescimento de E.coli e cracas na sua superfície e interrompeu completamente a adesão dos mexilhões.

“A estabilidade, simplicidade e escalabilidade deste sistema tornam-no valioso para aplicações do mundo real”, disse Stefan Kolle, estudante de pós-graduação da SEAS e coautor do artigo. "Com a abordagem de caracterização mostrada aqui, demonstramos um kit de ferramentas simples que permite otimizar sua superfície superhidrofóbica para alcançar estabilidade, o que muda drasticamente o seu espaço de aplicação."

Esse espaço de aplicação inclui aplicações biomédicas , onde poderia ser usado para reduzir infecções após cirurgias ou como implantes biodegradáveis, como stents, de acordo com Goldmann, autor sênior do artigo e ex-bolsista de Harvard. Também inclui aplicações subaquáticas, onde pode prevenir a corrosão em tubulações e sensores. No futuro, poderá até ser utilizado em combinação com o revestimento super liso conhecido como SLIPS, Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces, desenvolvido por Aizenberg e a sua equipa há mais de uma década, para proteger ainda mais as superfícies da contaminação.